第六十六节  沙子和泥土的形成

根据本理论在气体星的后期，壳体星的初期阶段，大气中产生了许多盐类物质和二氧化硅，如碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳链有机物链逐渐增长，糖类、脂类、蛋白质。这些物质随着大气在大气中转动，当时的大气环境温度很高，可以把这些物质结合成更大的颗粒，盐类形成了泥土，二氧化硅形成了沙粒，由于颗粒的不断增大，在空气中就漂浮不住了，就逐渐均匀的沉降到壳体星的壳层上，使壳层的上方形成了一层薄薄的沙子和泥土层，这个过程大约要经过10亿年之多，大部分的沙子和泥土在地壳的变化中都形成了我们现在看到的沉积岩了。后来由于水和风的作用使沙和泥土得以堆积，形成了大的沙山。如此看来大洋底下应该有更大的沙山。

证据：

1.成分不同：我们可以看看泥土的下方都是岩石，泥土的成分和岩石的成分完全不同。泥土沉降后由于其有较好的粘合性，所以泥土不像沙子随风漂移，当然有一部分沙子也被泥土粘合住了，成了现在的土壤成分。真正的沙子也与当地的岩石颗粒成分不同。

2.生成时间不同：岩石上方沙子和泥土的年龄至少要比下方岩石的年龄长10亿年左右。也就是说：在地球上找不到超过40亿年的岩石，但是可以找到近50亿年的泥土和沙子。

3.演变过程不对：见过石英矿的朋友都知道，凡是露在地表的石英（成分二氧化硅）矿石，表面都被风、水、阳光作用的非常圆润光滑，像玉石一样美丽，它永远都不会变成沙子。沉积岩的形成年代和沉积岩中的石英颗粒，与沙粒相比不是同一个年代的，形成时间不同。

第六十七节.暗物质和暗能量

暗物质是只具有道力一种相互作用的物质，因为我们人类看不到摸不着所以称为暗物质，暗物质是道力的传播媒介子，我们把它叫做道子，是万物之母。只有道子才能称为基本粒子，只有道子1才能称为最基本粒子。暗物质是结构最简单的物质，暗物质是组成宇宙所有物质的基础，是最低层级的物质，是第一层级的物质，占宇宙总物质的75%，均匀分布在整个宇宙当中，我们的身边，包括我们的身体，到处都充满着暗物质，只是我们不能感觉，没法测定。

暗能量是暗物质的能量，运动是道子的固有属性，所以道子都具有能量。暗能量是不能脱离暗物质而孤立存在的。

第六十八节  量子化的真谛

量子化是指不连续的物理量，或者是一份一份的物理量，是相对于连续的物理量引入的一个新物理量。

一、道子的量子化

道子的量子化是物质世界量子化的根源

1.道子的质量是量子化的

假如我们规定道子₁ W₁的质量是1m，那么所有稳定态的道子的质量如下：

道子₁  W₁  的质量是1m

道子₂  W₂  的质量是2m

道子₄  W₄  的质量是4m

道子₈  W₈  的质量是8m

道子₂⁴  W₂⁴ 的质量是16m

道子₂⁵  W₂⁵ 的质量是32m

道子₂⁶  W₂⁶  的质量是64m

道子₂⁷  W₂⁷  的质量是128m

道子₂⁸  W₂⁸  的质量是256m

道子₂⁹  W₂⁹  的质量是512m

道子₂¹⁰ W₂¹⁰ 的质量是1024m

道子₂¹¹ W₂¹¹ 的质量是2048m

道子₂¹² W₂¹² 的质量是4096m

道子质量的量子化的规律是2n递增，（n=0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12），最小道子的质量为1m，最大道子的质量为4096m 。

道子质量不连续，出现量子化的原因是去除了不能稳定存在的亚稳态和不稳定态的道子，所以才出现了质量不连续。

量子化就是中国道家所说的“太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦的真谛”

2.道子的能量是量子化的

能量是物质运动的描述形式，道子的内部动能是量子化的，能量的量子化是由质量的量子化决定的，质量的不连续引起了能量也是量子化的，也是一份一份不连续的。

二、光子的量子化

光子的量子化起源于道子的量子化

1.光子的质量是量子化的

光子是由道子组成的，光子的质量是组成它的道子的和，光子的种类不同，质量也不相同，比如光子ε⁺w₂⁹ +w₂¹+w₂³的质量等于w₂⁹ +w₂+w₈的和，Ｍ_ε=Ｍ_ww₂⁹ +Ｍ_ww₂¹+Ｍ_ww₂³=512+2+８=522m；光子ε⁺w₂⁹ +w₂¹的质量等于w₂⁹ +w₂¹的和，Ｍ_ε=Ｍ_ww₂⁹ +Ｍ_ww₂¹=512+2=514m；所以光子的质量也是量子化的，也是一份一份不连续的。光子质量的量子化是由道子的质量量子化决定的。

２.光子的能量是量子化的

光子的能量也是量子化的，光子能量量子化归根归根结底决定于道子质量的量子化，光子的相互转化是吸收道子和释放道子，能量的吸收和释放也是一份一份不连续的。能量的量子化是由质量的量子化决定的。

三、电子的量子化

电子的量子化是由道子和光子的量子化决定的

1.电子的质量是量子化的

电子的质量是由道子的质量和光子的质量和，道子的质量和光子的质量都是量子化的，所以电子的质量也是量子化的。电子的种类不同质量也不相同。下面举例说明：

ｎ６电子（含有６对光子）

ｅ^－W₂¹⁰+(ε^+-w₂^９ +w₁)+(ε^+-w₂^８ +w₁)+(ε^+-w₂^７ +w₁)+(ε^+-w₂^６ +w₁)+(ε^+-w₂^５ +w₁)+(ε^+-w₂^４ +w₁)；ｎ６电子的质量：Ｍ_ｅ=Ｍ_WW₂¹⁰+Ｍ_ε(ε^+-w₂^９ +w₁)+Ｍ_ε(ε^+-w₂^８ +w₁)+Ｍ_ε(ε^+-w₂^７ +w₁)+Ｍ_ε(ε^+-w₂^６ +w₁)+Ｍ_ε(ε^+-w₂^５ +w₁)+Ｍ_ε(ε^+-w₂+w₁)=1024+2X（513+257+129+65+33+17）=3053ｍ；

ｎ５电子（含有５对光子）

ｅ^－W₂¹⁰+(ε⁺w₂^９ +w₁)+(ε⁺w₂^８ +w₁)+(ε⁺w₂^７ +w₁)+(ε⁺w₂^６ +w₁)+(ε⁺w₂^５ +w₁)。ｎ５电子比ｎ６电子少一个光子(ε⁺w₂^４ +w₁)r光子，所以ｎ５电子的质量：Ｍ_ｅ=3052－2X17=3018ｍ；即减少一个r光子的质量。

ｎ４电子（含有４对光子）

ｅ^－W₂¹⁰+(ε^+-w₂^９ +w₁)+(ε^+-w₂^８ +w₁)+(ε^+-w₂^７ +w₁)+(ε^+-w₂^６ +w₁)；ｎ４电子比ｎ６电子少两对光子(ε^+-w₂^４ +w₁)r光子和(ε^+-w₂^５ +w₁)X光子，所以ｎ４电子的质量：Ｍｅ=3052－2X（17－33）=2952ｍ；即减少一对r光子的质量和一对X光子的质量。

所以ｎ５电子和ｎ６电子的质量差别是一对光子的质量2X１７ｍ，ｎ４电子和ｎ６电子的质量差别是两个光子的质量2X（17＋33）。因此电子的质量变化也是一份一份的，并且每一份还不是一样大。所以不难看出电子的质量量子化是由光子的质量量子化决定的。

2.电子的能量是量子化的

电子的能量也是量子化的，电子能量量子化决定于光子质量的量子化，电子的相互转化是吸收光子和释放光子，表现为能量的吸收和释放也是一份一份不连续的。能量的量子化是由质量的量子化决定的。比如ｎ６电子转化为ｎ５电子，要释放出一对r光子，就好像释放出了一对r光子的能量；ｎ５电子转化为ｎ６电子，要吸收一对r光子，就好像吸收进了一对r光子的能量。ｎ６电子转化为ｎ４电子，要释放出一对r光子和一对X光子，就好像释放出了一对r光子的能量和一对X光子的能量；ｎ４电子转化为ｎ６电子，要吸收一对r光子和一对X光子，就好像吸收进了一对r光子的能量和一对X光子的能量；能量的吸收和释放也是一份一份的不连续的，这就是电子能量量子化的真正原因。

四、原子的量子化

原子的量子化是由道子、光子和电子的量子化决定的，原子已经是比较大的粒子了，质量的量子化和能量的量子化已经很复杂了，影响因素也比较多了，所以规律性就很差了，原子的量子化主要体现在最外层电子的量子化，主要是最外层电子释放和吸收光子是量子化的，所以决定了原子辐射的量子化。原子的吸收光谱和辐射光谱是由最外层电子的种类决定的，不同的原子最外层电子的种类不同，所以原子的吸收光谱和辐射光谱各不相同。

1.r光子ε^+.-w₂⁴ ；2.X光子ε^+.-w₂⁵ ；3.紫外光子ε^+.-w₂⁶ ；4.可见光子ε^+.-w₂⁷ ；5.红外光子ε^+.-w₂⁸ ；6.微波光子ε^+.-w₂⁹ ；

在物质世界中量子化是普遍存在的，不光上面四种粒子有量子化，分子和星球都存在有量子化，量子化也不是只有微观粒子才具有的特性，而是存在于宇宙中的所有物质，所以量子化存在普遍性，原因是量子化的根源是道子质量的量子化，所有的量子化都是由道子质量的量子化发展演变而来的。越低层级的物质量子化的规律越明显，越高层级的物质量子化的规律越不明显。宇宙中根本就不存在量子，只有粒子的量子化。

第六十九节 量子纠缠和量子隧穿效应

一、量子纠缠

在量子力学里，当几个粒子在彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质，则称这现象为量子缠结或量子纠缠（quantum entanglement）。量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象；在经典力学里，找不到类似的现象。

1935年，在普林斯顿高等研究院，爱因斯坦、博士后罗森、研究员波多尔斯基合作完成论文《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的？》，并且将这篇论文发表于5月份的《物理评论》。这是最早探讨量子力学理论对于强关联系统所做的反直觉预测的一篇论文。在这篇论文里，他们详细表述EPR佯谬，试图借着一个思想实验来论述量子力学的不完备性质。他们并没有更进一步研究量子纠缠的特性。

薛定谔阅读完毕EPR论文之后，有很多心得感想，他用德文写了一封信给爱因斯坦，在这封信里，他最先使用了术语Verschränkung（他自己将之翻译为“纠缠”），这是为了要形容在EPR思想实验里，两个暂时耦合的粒子，不再耦合之后彼此之间仍旧维持的关联。不久之后，薛定谔发表了一篇重要论文，对于“量子纠缠”这术语给予定义，并且研究探索相关概念。薛定谔体会到这概念的重要性，他表明，量子纠缠不只是量子力学的某个很有意思的性质，而是量子力学的特征性质；量子纠缠在量子力学与经典思路之间做了一个完全切割。如同爱因斯坦一样，薛定谔对于量子纠缠的概念并不满意，因为量子纠缠似乎违反在相对论中对于信息传递所设定的速度极限。后来，爱因斯坦更讥讽量子纠缠为鬼魅般的超距作用。

EPR论文很显然地引起了众多物理学的兴趣，启发他们探讨量子力学的基础理论。但是除了这方面以外，物理学者认为这论题与现代量子力学并没有什么牵扯，在之后很长一段时间，物理学术界并没有特别重视这论题，也没有发现EPR论文可能有什么重大瑕疵。EPR论文试图建立定域性隐变量理论来替代量子力学理论。1964年，约翰·贝尔提出论文表明，对于EPR思想实验，量子力学的预测明显地不同于定域性隐变量理论。概略而言，假若测量两个粒子分别沿着不同轴向的自旋，则量子力学得到的统计关联性结果比定域性隐变量理论要强很多，贝尔不等式定性地给出这差别，做实验应该可以侦测出这差别。因此，物理学者做了很多检试贝尔不等式的实验。

1972年，约翰·克劳泽与史达特·弗利曼（Stuart Freedman）首先完成这种检试实验。1982年，阿兰·阿斯佩的博士论文是以这种检试实验为题目。他们得到的实验结果符合量子力学的预测，不符合定域性隐变量理论的预测，因此证实定域性隐变量理论不成立。但是，每一个相关实验都存在有漏洞，这造成了实验的正确性遭到质疑，在作总结之前，还需要完成更多精确的实验。

这些年来，众多研究结果促成了应用这些超强关联来传递信息的可能性，从而导致了量子密码学的成功发展，最著名的有查理斯·贝内特（Charles Bennett）与吉勒·布拉萨（Gilles Brassard）发明的BB84协议、阿图尔·艾克特（Artur Eckert）发明的E91协议。

2017年6月16日，量子科学实验卫星墨子号首先成功实现，两个量子纠缠光子被分发到相距超过1200公里的距离后，仍可继续保持其量子纠缠的状态。

2018年4月25日，芬兰阿尔托大学教授麦卡﹒习岚帕（Mika Sillanpää）领导的实验团队成功地量子纠缠了两个独自震动的鼓膜。每个鼓膜的宽度只有15微米，约为头发的宽度，是由10个金属铝原子制成。通过超导微波电路，在接近绝对温度（-273K）下，两个鼓膜持续进行了约30分钟的互动。这实验演示出宏观的量子纠缠。

假设一个零自旋中性π介子衰变成一个电子与一个正电子。这两个衰变产物各自朝着相反方向移动。电子移动到区域A，在那里的观察者“爱丽丝”会观测电子沿着某特定轴向的自旋；正电子移动到区域B，在那里的观察者“鲍勃”也会观测正电子沿着同样轴向的自旋。在测量之前，这两个纠缠粒子共同形成了零自旋的“纠缠态”  ，是两个直积态（product state）的叠加，以狄拉克标记表示为 其中，  分别表示粒子的自旋为上旋或下旋。

在圆括弧内的第一项表明，电子的自旋为上旋当且仅当正电子的自旋为下旋；第二项表明，电子的自旋为下旋当且仅当正电子的自旋为上旋。两种状况叠加在一起，每一种状况都有可能发生，不能确定到底哪种状况会发生，因此，电子与正电子纠缠在一起，形成纠缠态。假若不做测量，则无法知道这两个粒子中任何一个粒子的自旋，根据哥本哈根诠释，这性质并不存在。这单态的两个粒子相互反关联，对于两个粒子的自旋分别做测量，假若电子的自旋为上旋，则正电子的自旋为下旋，反之亦然；假若电子的自旋下旋，则正电子自旋为上旋，反之亦然。量子力学不能预测到底是哪一组数值，但是量子力学可以预言，获得任何一组数值的概率为50%。

粒子沿着不同轴向的自旋彼此之间是不相容可观察量，对于这些不相容可观察量作测量必定不能同时得到明确结果，这是量子力学的一个基础理论。在经典力学里，这基础理论毫无意义，理论而言，任何粒子性质都可以被测量至任意准确度。贝尔定理意味着一个事实，一个已被实验检试的事实，即对两个不相容可观察量做测量得到的结果不遵守贝尔不等式。因此，基础而言，量子纠缠是个非经典现象。 

不确定性原理的维持必须倚赖量子纠缠机制。例如，设想先前的一个零自旋中性π介子衰变案例，两个衰变产物各自朝着相反方向移动，分别测量电子的位置与正电子的动量，假若量子纠缠机制不存在，则可借着守恒定律预测两个粒子各自的位置与动量，这违反了不确定性原理。由于量子纠缠机制，粒子的位置与动量遵守不确定性原理。

从以相对论性速度移动的两个参考系分别测量两个纠缠粒子的物理性质，尽管在每一个参考系，测量两个粒子的时间顺序不同，获得的实验数据仍旧违反贝尔不等式，仍旧能够可靠地复制出两个纠缠粒子的量子关联。

假设一个复合系统是由两个子系统A、B所组成，这两个子系统A、B的希尔伯特空间分别为  ，则复合系统的希尔伯特空间  为张量积设定子系统A、B的量子态分别为  ，假若复合系统的量子态  不能写为张量积  ，则称这复合系统为子系统A、B的纠缠系统，两个子系统A、B相互纠缠。

量子纠缠与量子系统失序现象、量子信息丧失程度密切相关。量子纠缠越大，则子系统越失序，量子信息丧失越多；反之，量子纠缠越小，子系统越有序，量子信息丧失越少。因此，冯诺伊曼熵可以用来定量地描述量子纠缠，另外，还有其它种度量也可以定量地描述量子纠缠。对于两体复合系统，这些纠缠度量较常遵守的几个规则为 ：纠缠度量必须映射从密度算符至正实数。假若整个复合系统不处于纠缠态，则纠缠度量必须为零。对于纯态复合系统，纠缠度量必需约化为冯诺伊曼熵。对于命定性的定域运算与经典通讯（local operation and classical communication）变换，纠缠度量不会增加。对于两体纯态，只有冯诺伊曼熵能够量度量子纠缠，因为只有它能够满足某些量度量子纠缠必须遵守的判据。对于混合态，使用冯诺伊曼熵并不是能够量度量子纠缠的独有方法。

假设一个量子系统是由几个处于量子纠缠的子系统组成，而整体系统所具有的某种物理性质，子系统不能私自具有，这时，不能够对子系统给定这种物理性质，只能对整体系统给定这种物理性质，它具有“不可分性”。不可分性不一定与空间有关，处于同一区域的几个物理系统，只要彼此之间没有任何纠缠，则它们各自可拥有自己的物理性质。物理学者艾雪·佩雷斯（Asher Peres）给出不可分性的数学定义式，可以计算出整体系统到底具有可分性还是不可分性。假设整体系统具有不可分性，并且这不可分性与空间无关，则可将它的几个子系统分离至两个相隔遥远的区域，这动作凸显出不可分性与定域性的不同──虽然几个子系统分别处于两个相隔遥远的区域，仍旧不可将它们个别处理。在EPR佯谬里，由于两个粒子分别处于两个相隔遥远的区域，整体系统被认为具有可分性，但因量子纠缠，整体系统实际具有不可分性，整体系统所具有明确的自旋z分量，两个粒子各自都不具有。

以两颗向相反方向移动但速率相同的电子为例，即使一颗行至太阳边，一颗行至冥王星边，在如此遥远的距离下，它们仍保有关联性（correlation）；亦即当其中一颗被操作（例如量子测量）而状态发生变化，另一颗也会即时发生相应的状态变化。如此现象导致了鬼魅似的超距作用之猜疑，仿佛两颗电子拥有超光速的秘密通信一般，似与狭义相对论中所谓的定域性原理相违背。这也是当初阿尔伯特·爱因斯坦与同僚玻理斯·波多斯基、纳森·罗森于1935年提出的EPR佯谬来质疑量子力学完备性的理由。

具有量子纠缠的两颗电子——电子1和电子2，其自旋性质之纠缠态可以下面式子为例：

无法写成  ，即两个量子态的张量积。 下标1和2表示这是电子1和电子2的量子态，采取  表示自旋的z方向分量向上，  表示自旋的z方向分量向下。太阳边的科学家决定对电子1做投影式量子测量，其测到的随机性结果不是  就是  。当其测量结果显示为状态  ，则冥王星的科学家在此之后，或很近、或较远的时间点对电子2做测量，必定会测到  状态。因为投影式量子测量已经将原先量态  

选择性地坍缩到  ，也可写成  。这样，可以从电子1状态是  知道选择到  这一边。

注意到：  已经是两个成员系统各自量子态的张量积，所以测量后状态已非纠缠态。

量子纠缠是一种物理资源，如同时间、能量、动量等等，能够萃取与转换。应用量子纠缠的机制于量子信息学，很多平常不可行的事务都可以达成：

*量子密钥分发能够使通信双方共同拥有一个随机、安全的密钥，来加密和解密信息，从而保证通信安全。在量子密钥分发机制里，给定两个处于量子纠缠的粒子，假设通信双方各自接受到其中一个粒子，由于测量其中任意一个粒子会摧毁这对粒子的量子纠缠，任何窃听动作都会被通信双方侦测发觉。

*密集编码（superdense coding）应用量子纠缠机制来传送信息，每两个经典位元的信息，只需要用到一个量子位元，这科技可以使传送效率加倍。

*量子隐形传态应用先前发送点与接收点分享的两个量子纠缠子系统与一些经典通讯技术来传送量子态或量子信息（编码为量子态）从发送点至相隔遥远距离的接收点。

*量子算法（quantum algorithm）的速度时常会胜过对应的经典算法很多。但是，在量子算法里，量子纠缠所扮演的角色，物理学者尚未达成共识。有些物理学者认为，量子纠缠对于量子算法的快速运算贡献很大，但是，只倚赖量子纠缠并无法达成快速运算。

*在量子计算机体系结构里，量子纠缠扮演了很重要的角色。例如，在一次性量子计算机（one-way quantum computer）的方法里，必须先制备出一个多体纠缠态，通常是图形态（graph state）或簇态（cluster state），然后借着一系列的测量来计算出结果。

二、解释

本理论认为量子纠缠分为道子纠缠、光子纠缠、电子纠缠、原子纠缠和星球纠缠。纠缠是物质之间的相互作用，宇宙中的所有物质之间都存在相互作用，所以都在发生纠缠。

1.道子纠缠

道子纠缠是道子之间的道力相互作用，是道力引力和道力斥力的共同作用结果，由于道力引力和道力斥力的作用特点是周期性变化，所以道子纠缠也发生周期性变化。

2.光子纠缠

光子纠缠是正反光子之间的磁性相互作用，这个相互作用包含有道力作用和磁力作用，而且可以将这个作用传递给周围的媒介子光子，光子纠缠是一对光子之间的相互联系，将引起周围的媒介子光子的相互作用从而传递了光子的信息，这个传递可以通过媒介子光子传递无限远。光子纠缠是光子的本质属性，光子纠缠是所有粒子纠缠的基础和本源。

3.电子纠缠

电子纠缠是电子中的正反光子之间的磁性相互作用，是光子纠缠的体现。电子纠缠是光子纠缠的信息传递，传递的是磁信息。纠缠的不是电子而是光子。

4.原子纠缠

原子纠缠是原子上的电子中的正反光子之间的磁性相互作用，是光子纠缠的体现。原子纠缠是光子纠缠的信息传递，传递的是磁信息。纠缠的不是原子而是光子。

5.星球纠缠

宇宙中的所有星球之间都在发生纠缠，大质量的星球对小质量的星球的纠缠体现的明显，小质量的星球对大质量的星球的纠缠体现的不明显。根据星球纠缠可以说明所有星球都在震动。这就解释了为什么所有星球的运动轨迹都是一个椭圆而不是完美的正圆。

量子力学：

量子力学和经典力学一对比可以看出，经典力学确实在研究力，但是量子力学中研究的是什么力？可见量子力学中没有力。

量子理论也没有一个确切的理论或完整的理论，量子理论就是量子学派把所有的研究微观的物理学理论统称为量子理论，比如泡利不相容原理、埃伦费斯特定理、不确定性原理、量子隧穿效应、黑体辐射、原子结构、波粒二象性、光电效应等等。不难看出只要是与微观有关的理论都成了量子理论，只要和微观有关的科技成果就都成了量子理论的成果。就连当时的反对学派的爱因斯坦后来也成了量子理论的奠基人。量子理论没有一个确切的理论如何证伪？量子力学没有一个确切的力如何证伪？量子又不是一个确切的粒子如何证伪？

二、量子隧穿效应

量子隧穿效应是一种量子特性，是电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的"墙壁"的现象。又称隧穿效应，势垒贯穿。

隧道效应无法用经典力学的观点来解释。因电子的能量小于区域Ⅱ中的势能值U0，若电子进入Ⅱ区，就必然出现"负动能"，这是不可能发生的。

在两块金属(或半导体、超导体)之间夹一层厚度约为0.1nm的极薄绝缘层，构成一个称为"结"的元件。设电子开始处在左边的金属中，可认为电子是自由的，在金属中的势能为零。由于电子不易通过绝缘层，因此绝缘层就像一个壁垒，我们将它称为势垒。一个高度为U0、宽为a的势垒，势垒右边有一个电子，电子能量为E 。

用量子力学的观点来看，电子具有波动性，其运动用波函数描述，而波函数遵循薛定谔方程，从薛定谔方程的解就可以知道电子在各个区域出现的概率密度，从而能进一步得出电子穿过势垒的概率。该概率随着势垒宽度的增加而指数衰减。因此，在宏观实验中，不容易观察到该现象。

隧道效应;隧穿效应;势垒贯穿;tunneling effect

根据爱因斯坦狭义相对论，任何物质在任何状况下的速度都不会超过光速-- 299,792,458米/秒。从理论上说，如果超过光速，时间将会出现倒流。

据报道，日前两位德国科学家声称，利用量子隧穿效应(quantum tunnelling)，他们找到了让光突破自己速度限制的方法。

据报道，两位德国科学家的实验是让微波光子粒子通过两个棱镜并进行观测得出。当两个棱镜分开时，大部分粒子都被第一个棱镜反射然后被探测器发现。但是，他们发现，有部分粒子却"隧穿"过了两个棱镜之间的间隙并被第二个棱镜反射回到探测器。尽管这部分粒子比大部分粒子穿越的距离要长，但是，两部分粒子却是同时被探测器发现。这也就是说，产生"隧穿"的光子粒子的速度超出了光速。

德国科布伦茨大学教授Gunter Nimtz表示:"目前，这是唯一违反狭义相对论的一种现象。"

在量子力学里，量子隧穿效应为一种量子特性，是如电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的"墙壁"的现象。这是因为根据量子力学，微观粒子具有波的性质，而有不为零的概率穿过位势障壁。

量子隧穿效应(Quantum tunnelling effect) ，是一种衰减波耦合效应，其量子行为遵守薛定谔波动方程。假若条件恰当，任何波动方程都会显示出出衰减波耦合效应。数学地等价于量子隧穿效应的波耦合效应也会发生于其它状况。例如，遵守麦克斯韦方程组的光波或微波;遵守常见的非色散波动方程的绳波或声波。

若要使隧穿效应发生，必须有一个 2 型介质的薄区域，像三明治一般，夹在两个 1 型介质的区域。2 型介质的波动方程必须容许实值指数函数解(上升指数函数或下降指数函数)，而 1 型介质的波动方程则必须容许行进波解。在光学里，1 型介质可能是玻璃，而 2 型介质可能是真空。在量子力学里，从粒子运动这方面来说，1 型介质区域是粒子总能量大于位能的区域，而 2 型介质是粒子总能量小于位能的区域(称为位势垒)。

假若条件恰当，从 1 型介质区域入射至 2 型介质区域，行进波的波幅会穿透过 2 型介质区域，再以进行波的形式，出现于第二个 1 型介质区域。在量子力学里，穿透过的波幅可以合乎物理地解释为行进粒子。遵守薛定谔波动方程，穿透波幅的绝对值平方和入射波幅的绝对值平方的比率给出了粒子隧穿的透射系数，也就是其透射概率。对于遵守其它种波动方程的光波、微波、绳波、声波等等，穿透波幅可以物理地解释为行进能量，而穿透波幅的绝对值平方和入射波幅的绝对值平方的比率则给出了穿透能量和入射能量的比率。

这些"类似隧穿现象"发生的尺寸与行进波的波长有关。对于电子来说， 2 型介质区域的厚度通常只有几纳米。相比之下，对于一个隧穿出原子核的阿尔法粒子来说，厚度会是超小;对于光波来说，虽然 2 型介质区域的厚度超大，类似现象仍旧会发生。

仔细观察薛定谔波动方程。假若粒子可以被视为一个局域化 (localized) 于一点的物体，则粒子在介质区域内运动的行为是由粒子的动能设定的。在 1 型介质区域内，动能是正值的;而在 2 型介质区域内，动能是负值的。这现象并不会造成任何矛盾。量子力学不允许粒子局域化于一点。粒子的波函数必是有些散开的("非局域的")，而非局域的物体，其动能的期望值必是正值的。

有些时候，为了数学上的便利，物理学家会视粒子的行为像质点一般，特别是当解析关于经典力学和牛顿第二定律的问题时，物理学家常会这样做。过去，物理学家认为经典力学的成功意味着粒子可以被视为局域化于一点。但是，当涉及非常小的物体和非常小的距离时，并没有任何令人心服口服的实验证据，可以证明这论点是正确的。反之，物理学家的这看法是错误的。可是，由于传统教学方法仍旧反复灌输粒子的行为像质点一般这概念，学生有时会非常惊讶地发觉，行进粒子总是遵守波动方程(甚至是当使用移动质点的数学会造成很多便利的时候)。很明显地，根据牛顿定律，一个假设地经典质点粒子绝对无法进入负动能区域。而一个遵守波动方程的真实非局域物体，会永远拥有正值动能，假若条件恰当，能够穿透过这区域。

正在接近一个位势垒的一个电子，必须表达为一个波列。有时候，这波列可能会相当长。在某些物质里，电子波列的长度可能有 10 至 20 纳米。 这会增加模拟动画的难度。假设可以用短波列来代表电子，那么，右图动画正确地显示出隧穿效应。

电子波包遇到位势垒而产生的反射和隧穿效应。往位势垒的左边移动的明亮圆盘是波包的反射部分。暗淡的圆盘可以被观察到往位势垒的右边移动，是波包穿过位势垒的很微小的一部分。这是经典力学所不允许的。顺便注意入射波与反射波，因为叠加，而产生的干涉条纹。

隧穿效应的数学解析有一个特别问题。对于简单的位势垒模型，像长方形位势垒，薛定谔方程有解析解，可以给出精确的隧穿概率，又称为穿透系数。这一类的计算可以清楚的表明隧穿效应的物理内涵。更进一步，物理学家很想要能够计算出更合乎实际物理的隧穿效应。但是，在输入适当的位势垒数学公式于薛定谔方程后，大多数时候，我们会得到一个棘手的非线性微分方程。通常，这类微分方程没有解析解。很早以前，数学家和数学物理家就已经在研究这问题了。他们研究出一些特别的方法来近似地解析这些方程。在物理学里，这些特别方法被称为半经典方法。一个常见的半经典方法是WKB 近似(又称为 JWKB 近似)。最先为人所知的尝试使用这类方法来解答隧穿问题，发生于 1928 年，用在场电子发射(field electron emission) 问题。N. Fröman 和 P. O. Fröman ，两位物理学家，于 1965 年，最先得到完全正确的数学答案(他们也给出了合理的数学论证)。他们的复杂点子还没有被写入理论物理教科书。当今的理论物理教科书所讲述的方法比较简单，比较不精确。稍后，我们会简略的讲述一个个别的半经典方法。

有些研究隧穿效应的物理学家认为，粒子只不过拥有波样的物理行为，实际上粒子是质点样的。支持这看法的实验证据非常稀少。多数物理学家比较偏好的看法是，粒子实际上是非局域的 (delocalized)，而是波样的，总是表现出波样的物理行为。但是，在某些状况，使用移动质点的数学来描述其运动是一个很便利的方法。这里，我们采取第二种看法。不论如何，这波样的物理行为的真实本质是一个更深奥的问题，不包括在此文章所讲述范围之内。

这里所研讨的现象通常称为量子隧穿效应或粒子隧穿效应。但是，隧穿理论注重的是粒子在波动方面的物理行为，而不是关于粒子能级方面的效应。因此，有些作者比较喜欢称这现象为波动隧穿效应

据物理学家组织网2012年4月6日(北京时间)报道英国剑桥大学卡文迪许实验室的科学家首次利用光让电子穿过了经典力学里无法穿越的"墙壁"(势垒)，实现了量子隧穿，科学家们有望借此研制出新的凝聚态。相关研究发表在4月5日出版的《科学》杂志上。

在量子力学里，量子隧穿效应为一种量子特性，是电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的"墙壁"的现象。正常情况下，粒子无法穿过这些"墙壁"，但如果这些粒子足够小，这一切就可以发生。在放射性衰变发生时、在很多化学反应中以及在扫描隧道显微镜内都会出现这种量子隧穿效应，这是因为根据量子力学，微观粒子具有波的性质，因而有不为零的概率穿过这些"墙壁"。

该研究团队的领导者杰里米·鲍姆博格表示:"告诉电子如何穿过'墙壁'的技巧是让光同电子'联姻'。"

科学家们解释到，这场"联姻"是"命中注定"的，因为光以共振腔光子的形式出现，科学家们将一束光捕获在镜子之间，让其在镜子间来回反弹，光把电子夹在中间，让电子振动穿过墙壁。

研究人员皮特·克里斯托弗里尼指出:"这场'婚姻'产生的后代实际上是新的不可分割的粒子，这些粒子由光和物质组成，可以自由地通过像平板一样的半导体'墙壁'而消失。"

科学家表示，新粒子的独特特征之一是它们会朝一个特定的方向延伸，而且它们之间也存在着强烈的相互作用。

当前，很多试图制造出"凝聚态"的半导体物理学家正在密切关注这些相互作用强烈的粒子。"凝聚态"指的是由大量粒子组成且粒子间有很强相互作用的系统。低温下的超流态、超导态、玻色-爱因斯坦凝聚态、磁介质中的铁磁态、反铁磁态等都是凝聚态，它们能在半导体内毫无损失地"旅行"。

这些新的带电粒子也具有量子力学特征，即能同时出现在两个地方，因此，科学家们有望使用这些新粒子，借用肉眼可见的量子力学将原子物理学家的想法变为实用设备

二、解释

本理论认为量子隧穿效应是微观粒子的一个很平常的现象，能发生隧穿效应的粒子很多，道子、光子、电子、胶子、中微子、义子、孔子、老子、中子、质子、小的离子（氦离子）等均能发生隧穿效应，但是粒子不同隧穿的能力不同，也就是隧穿的厚度不同。隧穿的能力：道子>光子>电子>胶子>中微子>义子>孔子>老子>中子>质子>小的离子（氦离子）。

隧穿效应可以分为两类：

第一类是有场介子作用的隧穿效应

要解决这类隧穿效应就要知道本理论的三个场论，即道场、磁场和电场，场存在于整个宇宙，包括我们能够见到的所有物质和我们的身体。也就是说所有物质中都有三种场，也就是说所有物质中都有道子媒介子、光子媒介子、和电子媒介子，“墙壁”物质空间存在有大量的道子媒介子、光子媒介子、和电子媒介子。

道子的隧穿效应是道子在进入“墙壁”后推动了作为媒介子的道子，“墙壁”另一端出来的道子并不是进入的那个道子。

光子的隧穿效应是光子在进入“墙壁”后推动了作为媒介子的光子，“墙壁”另一端出来的光子并不是进入的那个光子。

电子的隧穿效应是电子在进入“墙壁”后推动了作为媒介子的电子，“墙壁”另一端出来的电子并不是进入的那个电子。电流就是一种特殊的电子隧穿效应，新疆向上海供电，在新疆进入导线的那个电子并不是上海出去的那个电子。

第二类是没有场介子的作用依靠空间的隧穿效应

这类隧穿效应是由于原子和原子间的空间很大，相对于原子核而言，原子核仅占百万分之一，其余都是空的，因此直径只要小于1X10¹⁰m的粒子都能发生隧穿效应。这类隧穿效应包括胶子的隧穿效应、中微子的隧穿效应、义子的隧穿效应、孔子的隧穿效应、老子的隧穿效应、中子的隧穿效应、质子的隧穿效应、小的离子（氦离子）的隧穿效应等等。大的粒子不能发生隧穿效应的原因就是粒子直径大于了“墙壁”物质的空洞，无法穿越，所以不能发生隧穿效应。这类隧穿效应就像筛子筛沙子，小于筛孔的沙子过去了，大于筛孔的沙子过不去。因此对粒子的隧穿效应来说，只有小于粒子分子筛孔的粒子才能过去，才能发生隧穿效应，因此只有小粒子才能发生隧穿效应。幻想人也能穿墙过是不可能的，因为它违背了隧穿效应的原理。

我们要是认清了宇宙同一场论，隧穿效应在宇宙中是个很平常的事，是一个很平常的现象，只是我们不能察觉，不能感知，不易测定。

第七十节  多普勒效应与光谱红移

多普勒效应是指物体辐射的波长，因为光源和观测者的相对运动而产生变化，在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 ，在运动的波源后面，产生相反的效应，波长变得较长，频率变得较低 ，波源的速度越高，所产生的效应越大，根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度，恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度，这种现象称为多普勒效应。

多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1843年首先提出了这一理论。主要内容为：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移blue shift）；当观测者在运动波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 （红移red shift）。波源的运动速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。                

恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常接近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所有波动现象都存在多普勒效应。

多普勒效应指出，波在波源移向观察者时，接收频率变高，而在波源远离观察者时，接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验验证、几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v。

当观察者走近波源时观察到的波源频率为：f=（c+v）/λ，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为：f=（c-v）/λ。

一个常被使用的例子是火车的汽笛声，当火车接近观察者时，其汽鸣声会比平常更刺耳.你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有：警车的警报声和赛车的发动机声。

如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说，在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。

产生原因： 声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变．在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大．同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小．

声波的多普勒效应：在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者时，他会发现火车汽笛的声调由高变低. 为什么会发生这种现象呢？这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的，如果频率高，声调听起来就高；反之声调听起来就低.这种现象称为多普勒效应，它是用发现者克里斯蒂安·多普勒的名字命名的，多普勒是奥地利物理学家和数学家.他于1842年首先发现了这种效应。为了理解这一现象，就需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播时的规律。

其结果是声波的波长缩短，好像波被压缩了.因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被拉伸了。因此，声音听起来就显得低沉.定量分析得到f1=（u+v0）f /（u-vs） ，其中vs为波源相对于介质的速度，v0为观察者相对于介质的速度，f表示波源的固有频率，u表示波在静止介质中的传播速度. 当观察者朝波源运动时，v0取正号；当观察者背离波源（即顺着波源）运动时，v0取负号. 当波源朝观察者运动时vs前面取正号；前波源背离观察者运动时vs取负号. 从上式可以很容易得知，当观察者与声源相互靠近时，f1>f ；当观察者与声源相互远离时f1<f

设声源S，观察者L分别以速度Vs,Vl在静止的介质中沿同一直线同向运动，声源发出声波在介质中的传播速度为V，且Vs小于V，Vl小于V。当声源不动时，声源发射频率为f，波长为X的声波，观察者接收到的声波的频率为：

f'=(V+Vl)V/[(V-Vs)X]=(V+Vl)f/(V-Vs)

所以得 ⑴当观察者和波源都不动时，Vs=0,Vl=0，由上式得f'=f

⑵当观察者不动，声源接近观察者时，观察者接收到的频率为

F=Vf/(V-Vs) 显然此时频率大于原来的频率

由上面的式子可以得到多普勒效应的所有表现。

光波的多普勒效应：具有波动性的光也会出现这种效应，它又被称为多普勒-斐索效应.因为法国物理学家斐索（1819~1896年）于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法.光波与声波的不同之处在于，光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。

光（电磁波）的多普勒效应计算公式分为以下三种：

⑴纵向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线共线）：f'=f [(c+v)/(c-v)]^（1/2）

其中v为波源与接收器的相对速度。当波源与观察者接近时，v取正，称为“紫移”或“蓝移”；否则v取负，称为“红移”。

⑵横向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线垂直）：f'=f （1-β^2）^（1/2） 其中β=v/c

⑶普遍多普勒效应（多普勒效应的一般情况）：f'=f [（1-β^2）^（1/2）]/（1-βcosθ）

其中β=v/c，θ为接收器与波源的连线到速度方向的夹角。纵向与横向多普勒效应分别为θ取0或π/2时的特殊情况。

多普勒效应

多普勒效应是指物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化，在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高即频移 ，在运动的波源后面，产生相反的效应，波长变得较长，频率变得较低即频移，波源的速度越高，所产生的效应越大，这种现象称为多普勒效应。

多普勒效应是用声波进行论证的，波源是运动的。根据道子宇宙论，多普勒效应是分子的波动效应，是生源引发的分子震动波，是个球面波，传播方向是四面八方，因此四面八方都能听到，所以真空中不能传播声波。声波的性质是纵波，分子的震动波的传播特点是，从声源开始随着距离的增大震动波越来越弱，频率降低，振幅降低，最后消失。当声源运动时，由于距离的变化，引起频率和振幅的变化， 与运动本身无关。开来的火车声音变大了是因为距离近了，所以分子震动波的振幅和频率大了，这样我们听到的声音就大了。离去的火车声音变小了是因为距离远了，所以分子震动波的振幅和频率小了，这样我们听到的声音就小了，振幅和频率小的原因是分子震动波在传播过程中衰减造成的。

分子震动波传播的距离大小与振幅的大小有关，与频率无关，根本不存在多普勒的所谓“频移”。振幅越大传播越远，波长越大播越远，并不是频率越大传播远。（这是连狼都知道的道理）。

宇宙的光谱红移

1.宇宙中星球发出的光波的频率，是固定不变的，远距离传播过程中经过宇宙尘埃的吸收、阻挡，蓝紫光波长较短被过滤了，红光波长较长，穿透能力较强，产生了红移的表象，这是红移的主要原因，离我们越远的红移越大。

2.银河系中心黑洞吸引着整个银河系在向中心靠拢，相对于宇宙的其他星系地球在远离，也能发生红移，这是红移普遍存在的主要原因。

3.宇宙中也有离我们远去的星系引起的红移。这种红移不到30%，还有30%的星系向我们而来，那就应该是蓝移，可是被第一种原因产生的红移抵消了，表现还是红移，只是红移小了。

因此综合上述的原因，宇宙红移是一个综合效应决定的，综合上述1、2、3宇宙红移是普遍存在的，并不是宇宙在膨胀，红移并不能作为宇宙星球距离远近的判断依据。

红移悖论：我们可以选择一个双星进行观察测定，首先我们确定是一对双星，那么可以肯定双星中有一个星离我们远去，有一个星向我们接近，用红移理论，离我们远去的那颗星就应该是红移，向我们接近的那颗星就应该是蓝移，可是如果我们观察测定的结果两颗星都是红移呢？所以红移是一个综合的结果，不能确定红移就一定远去。因此红移理论作为大爆炸的理论基础就是不对的。